北京工业大学 无损检测与评价研究所, 北京 100124
提出并系统研究了一种基于复合球形颗粒链的新型压电俘能器, 从俘能机理、系统搭建和性能优化等方面进行了探究, 并建立了完善的孤立波压电俘能理论模型。采用四阶龙格库塔法求解各颗粒的运动微分方程, 将计算得到的位移运用赫兹接触定律转化为各颗粒间的动接触力, 并引入压电方程计算压电元件的开路电压。再在Simulink仿真软件中建立俘能电路模型, 将开路电压转化为储能电容的电压值。在理论分析基础上, 搭建了两种球形颗粒链式压电俘能器, 并进行了典型信号的采集实验。结果表明, 复合式颗粒链具有独特的“能量陷阱”现象, 与理论计算结果一致。通过分析总结颗粒链结构、激振力幅值及压电元件厚度与数量等参数对俘能效率的影响规律, 为基于复合球型颗粒链的新型压电俘能器优化设计奠定了基础。
孤立波 复合颗粒链 俘能器 理论模型 实验装置 solitary wave composite particle chain energy harvester theoretical model experimental device
北京工业大学 机械工程与应用电子技术学院, 北京 100124
针对长输管道的实时监测和周界的安全预警, 建立基于双Sagnac干涉仪的分布式光纤传感安全预警系统, 包括双Sagnac干涉仪的光路系统和基于LabVIEW平台的控制与检测软件。分析了管道破坏和周界入侵等产生的外界扰动信号对光相位信号的调制原理和利用频域幅值法的定位原理, 并研究了脉冲扰动信号和连续扰动信号的过零数分布情况。基于以上原理, 开发了报警算法、定位算法和外界扰动类型判别算法软件, 并进行了实验研究。实验结果表明, 该安全预警系统可实现外扰动的实时监测、定位和扰动类型判别功能, 具有定位精度较高、运行稳定可靠、操作便捷等优点, 在工程中具有良好的应用前景。
光学测量 双Sagnac干涉仪 安全预警 optical measurement dual-Sagnac interferometer security early warning LabVIEW LabVIEW
1 北京工业大学测控实验室， 北京 100124
2 武警学院基础部， 河北 廊坊 065000
管道作为石油、天然气、自来水等的主要运输工具，其运行安全性已受到广泛关注。管道腐蚀穿孔引起的持续性小规模泄漏的及早发现与准确定位是管道运行安全的主要问题和难题。利用Sagnac光纤干涉仪对管道小泄漏进行监测和定位时，光波偏振态的随机变化直接影响到Sagnac环中两束相干光的干涉效果，从而影响直线型Sagnac光纤干涉仪的性能。提出了采用光学消偏的方法抑制偏振态对Sagnac干涉仪性能的影响。通过改进干涉仪的结构，在Sagnac环中加入光纤延时环消偏器，从而提高系统运行稳定性。实验结果表明，该方法能够较好地解决偏振态变化引起的检测灵敏度降低的问题。
测量 光纤传感器 Sagnac效应 偏振态 消偏器
1 北京工业大学 机电学院，北京 100124
2 北京一轻研究院，北京 101111
为了实时进行水下管道泄漏监测和定位，采用干涉的方法，研制了一种基于Sagnac干涉仪的直线型分布式光纤管道泄漏监测系统。分析了该干涉仪应用于泄漏检测的原理及其泄漏源定位方法，并通过实验研究了管道压力对检测系统的影响。当管道压力大于0.35MPa时，系统的检测效果较佳,且定位误差小于1.17%；压力小于0.35MPa时，无法实现泄漏点定位。结果表明，当管道压力大于0.35MPa时，研制的水下管道泄漏检测系统能有效检测管道泄漏发生,且较准确地确定泄漏源位置。
光纤光学 Sagnac干涉仪 分布式光纤传感器 泄漏检测 管道 fiber optics Sagnac interferometer distributed optical fiber sensor leakage detection pipeline
1 北京工业大学 机械工程与应用电子技术学院, 北京 100024
2 武警学院, 河北 廊坊 065000
3 北京一轻研究院, 北京 101111
复杂液压管网的泄漏检测是液压系统面临的难点之一。采用LabVIEW与FoxPro数据库结合的方法, 开发了阵列式光纤传感管网泄漏监测系统软件。该软件控制NI公司数据采集卡PXI-6133采集经调制后的光纤传感器干涉信号, 再对获得的信号进行降噪处理, 根据降噪后的波形是否出现零点频率判断管道是否泄漏并进行报警; 该系统还可实时显示各管道的流量与压力的变化; 同时能够对泄漏数据以及流量压力数据实现数据库实时存储、查询或删除。实验证明, 该系统具有较高的实时性和可操作性, 较好地实现了复杂液压管网泄漏监测的智能化和自动化。
阵列式光纤传感器 液压管网 虚拟仪器 FoxPro数据库 optical fiber sensor array hydraulic pipe network virtual instruments FoxPro database
1 北京工业大学机械工程与应用电子技术学院, 北京 100022
2 北京工业大学应用数理学院, 北京 100022
介绍了一种基于萨尼亚克(Sagnac)干涉仪的直线型分布式光纤管道泄漏监测系统,实时进行管道泄漏监测和定位。此系统有两条传感光纤,可有效提高管道监测距离。推导了泄漏信号引起的光信号相位变化表达式;分析了该干涉仪应用于泄漏检测的原理及其泄漏源定位方法,并在分别距两传感光纤末端的法拉第旋转镜为3.990 km和4.024 km处进行了泄漏检测实验。管道泄漏实验结果表明,该系统较准确地确定了泄漏源位置且定位误差小于1.05%.
光纤光学 萨尼亚克干涉仪 分布式光纤传感器 泄漏检测 管道
研制了一种基于Sagnac干涉仪的分布式光纤传感器，可实时进行管道泄漏检测与定位．阐述了该传感技术的工作原理和泄漏点定位方法，并推导了泄漏引起的光信号相位变化表达式。管道泄漏实验结果表明，水压为0．3MPa时，该技术能有效地检测到管道泄漏的发生并准确定位。
Sagnac干涉仪 分布式光纤传感器 泄漏 管道 Sagnac interferometer distributed fiber optic sensor leakage pipeline
北京工业大学机械工程与应用电子技术学院, 北京 100022
研制了一种基于Sagnac干涉仪的直线型分布式光纤传感器,可实时进行管道泄漏检测与定位。利用法拉第旋转镜将传统Sagnac干涉仪的环形结构改为直线型结构,使其适用于各种复杂管道的布放。推导了泄漏信号引起的光信号相位变化表达式；分析了该干涉仪应用于泄漏检测的原理及其泄漏源定位方法,并在泄漏点距法拉第旋转镜为4.020 km处进行了泄漏有无及定位的研究。实验结果表明,该系统很好地检测到泄漏源的有无,又较准确地确定了泄漏源位置且最大定位误差小于118 m。
光纤光学 Sagnac干涉仪 泄漏检测 管道
1 南京航空航天大学测试工程系知能所, 南京 210016
2 清华大学, 北京 100084
在自行研制的共焦Fabry-Perot干涉仪超声波接收系统的基础上, 详细地分析了该系统的聚光本领; 给出了干涉仪聚光本领、物空间聚光本领及其二者的匹配条件; 并给出在前述匹配条件下获得的实验结果。
Fabry-Perot干涉仪 超声波接收器 聚光本领
